Патент на изобретение №2282841

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА ВЫПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технической акустике и может быть использовано для определения акустической эффективности глушителей выпуска при их разработке и доводке. Объем заглушенной камеры с установленным внутри нее источником звука разделен перегородкой на два объема, стенка камеры, расположенная напротив лицевой стороны источника звука выполнена со сквозным проемом, закрытым накладкой с отверстием для входной трубы глушителя, а расстояние от нее до перегородки выбирается из неравенства

,

где – расстояние, м; С₀ – скорость звука в воздухе, м/с; N – максимальное число оборотов коленчатого вала двигателя в минуту; Z – количество цилиндров в двигателе. Изобретение позволяет оперативно и с высокой степенью точности оценивать акустическую эффективность глушителей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технической акустике, более конкретно к устройствам для испытаний глушителей шума выпуска двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано для сравнительного анализа характеристик разнотипных глушителей с целью выбора лучшего глушителя с точки зрения его акустической эффективности либо при разработке и доводочных испытаниях глушителя для оценки влияния конструктивных элементов (перегородки, перфорация, звукопоглотитель и т.д.) на его акустическую эффективность.

Известны аналоги предлагаемого изобретения, например устройство по а.с. №1296884, МПК 7 G 01 M 7/00, G 10 K 7/00 (публикация 15.03.87 г.). Устройство содержит источник шума с пристыкованными к нему впускным и выпускным трубопроводами и источник сжатого газа, причем источник шума выполнен в виде сирены. К недостаткам аналога могут быть отнесены следующие:

– высокая стоимость испытаний за счет наличия системы сжатого воздуха и сложности конструкции сирены;

– относительно низкая достоверность результатов определения акустической эффективности глушителя, в частности спектральных характеристик, поскольку параметры шума необходимо измерять одновременно двумя микрофонами, расположенными у входной и выходной труб глушителя. Измерение же параметров шума сначала с глушителем, а затем без него, как это делается в устройстве-аналоге, неизбежно приводит к погрешности измерений и к снижению достоверности результатов испытаний.

Известна установка для «безмоторных» испытаний глушителей шума, содержащая звукоизолированную камеру, источник звука, установленный внутри камеры, соединительные патрубки с двухходовым краном, измерительный и задающий тракты (см. книгу В.Н.Луканин «Шум автотракторных двигателей внутреннего сгорания», изд-во «Машиностроение», Москва, 1971 г., стр.82 и рис.34 на стр.83). Данная установка выбрана в качестве прототипа как наиболее близкая к заявляемому техническому решению.

Недостатком прототипа является высокая погрешность определения акустической эффективности глушителя (по тем же причинам, что и в устройстве-аналоге).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности и точности результатов испытаний.

Это достигается тем, что:

– источник звука смонтирован на перегородке с отверстием, разделяющей камеру на два объема;

– стенка камеры, расположенная напротив лицевой стороны источника звука, выполнена со сквозным проемом, закрываемым съемной накладкой с отверстием для входной трубы глушителя;

– расстояние от стенки камеры, выполненной со сквозным проемом, до перегородки выбирается из неравенства

где – расстояние, м;

С₀ – скорость звука в воздухе, м/с;

N – максимальное число оборотов коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, глушитель которого испытывается, в минуту;

Z – количество цилиндров в двигателе.

Кроме того, объем камеры, расположенный с тыльной стороны источника звука, полностью заполнен звукопоглощающим материалом.

Кроме того, измерительные микрофоны устанавливаются чувствительными головками в плоскостях среза входной и выходной труб глушителя.

Суть заявляемого устройства поясняется на фиг.1-2.

Устройство для испытаний глушителей содержит заглушенную камеру, состоящую из корпуса 1 с установленным на нем слоем звукопоглощающего материала 2. Внутри камеры установлен источник звука 3, например высококачественный широкополосный динамик, смонтированный на перегородке 4 с отверстием 5, которая делит камеру на два объема V₁ и V₂. На стенке камеры, расположенной напротив лицевой стороны источника звука 3, выполнен сквозной проем 6, закрываемый съемной накладкой 7 с отверстием 8, в которое входит входная труба 9 испытываемого глушителя 10, имеющего также выходную трубу 11. Накладка 7 крепится к стенке камеры, например, с помощью шурупов 12. Объем камеры V₁, расположенный с тыльной стороны источника звука 3, полностью заполнен звукопоглощающим материалом, например кубиками пенополиуретана 13, как показано на фиг.1. Это позволяет избежать возникновения нежелательных резонансных колебаний газовой среды в объеме V₁ при работе источника звука 3.

Измерительные микрофоны 14 устанавливаются напротив входной 9 и выходной 11 труб глушителя 10. При этом чувствительные головки микрофонов 14 располагаются в плоскостях среза входной 9 и выходной 11 труб. Микрофоны 14 соединяются кабелями 15 с шумомером 16, который соединен с анализатором спектра 17. Источник звука 3 с помощью кабеля 18 запитывается от усилителя 19, на который подается сигнал с магнитофона 20, звукового генератора 21 либо другого источника. Зазор между отверстием 8 накладки 7 и входной трубой 9 глушителя 10 герметизируется, например, с помощью пластилина (не показано). Расстояние от стенки камеры, выполненной со сквозным проемом 6, до перегородки 4 выбирается из неравенства (1) из следующих соображений. Дело в том, что частота f следования выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (четырехтактного) составляет

(обозначения те же, что и в неравенстве (1)). Например, для дизельного шестицилиндрового двигателя с числом оборотов холостого хода N₁=900 об/мин и максимальным числом оборотов N₂=2100 об/мин частоты следования выпуска расположены в диапазоне от f₁=45 Гц до f₂=105 Гц. Основная энергия пульсаций давления в выпускном тракте для этого двигателя будет сосредоточена, в основном, в диапазоне частот 40-440 Гц (частоты 210, 315 и 440 Гц являются кратными гармониками частоты 105 Гц) и вкладом более высоких частот можно пренебречь. Таким образом, при испытаниях глушителя на установке (для данного двигателя) получаемая с микрофонов информация в диапазоне частот 40-440 Гц должна иметь максимальную достоверность. С другой стороны, в объеме V₂ камеры могут возбуждаться колебания газовой среды объема V₂ на резонансных частотах, низшая из которых для простейших объемов в форме параллелепипеда с характерным размером рассчитывается по формуле

где f – частота, Гц;

С₀ – скорость звука в воздухе, м/с;

– характерный размер, м.

Следовательно, для исключения возникновения резонансных колебаний в диапазоне частот 40-440 Гц (для описанного выше двигателя) необходимо, чтобы низшая частота резонансных колебаний объема V₂ была, по меньшей мере, в несколько раз выше частоты следования выпуска отработавших газов двигателя при максимальных оборотах коленчатого вала. На практике достаточно выбрать четырехкратное превышение, т.е.

откуда следует неравенство (1) для выбора размера . Это позволяет избежать резонансных явлений на низших частотах внутри объема V₂ и повысить достоверность результатов испытаний глушителя.

Работает заявляемое устройство следующим образом. Сигнал с магнитофона 20 либо звукового генератора 21 подается на усилитель 19 и по кабелю 18 подается на источник звука 3, установленный на перегородке 4 с отверстием 5, который начинает излучать звук в объем V₂ камеры. Звуковые волны проходят через входную трубу 9, глушитель 10 и выходную трубу 11 глушителя. Зарегистрированный микрофонами 14 звук преобразуется в электрические сигналы, которые по кабелям 15 передаются на шумомер 16, а с него на анализатор спектра 17. По разности спектров на входной и выходной трубах глушителя 10 определяется его акустическая эффективность. Расположение чувствительных головок измерительных микрофонов 14 в плоскостях среза входной 9 и выходной 11 труб глушителя 10 позволяет избежать искажений, вносимых соединительными патрубками в устройстве-прототипе, что существенно повышает достоверность результатов испытаний.

В ОАО «Автомобильный завод «Урал» изготовлена установка для испытаний глушителей шума, корпус которой изготовлен из высушенной доски толщиной 50 мм, в качестве источника звука использован высококачественный широкополосный динамик 25ГДШ-12Д. На динамик подавался сигнал в виде «белого» шума и синусоидальный со сканированием по частоте. В качестве регистрирующей аппаратуры использованы микрофоны, шумомеры и анализатор спектра фирмы «Брюль и Къер» (Дания). Результаты испытаний нескольких типов глушителей для дизельного двигателя ЯМ3-236НЕ2 (N_max=2100 об/мин, Z=6) показали очень высокую стабильность результатов измерений (±0,2 дБ) и позволили выбрать наиболее эффективный по снижению шума глушитель.

Формула изобретения

1. Устройство для испытаний глушителей шума выпуска двигателей внутреннего сгорания, содержащее источник звука, установленный внутри заглушенной камеры и электрически соединенный с задающей звук аппаратурой, и измерительные микрофоны, электрически соединенные с анализирующей аппаратурой, отличающееся тем, что источник звука смонтирован на перегородке с отверстием, разделяющей камеру на два объема, стенка камеры, расположенная напротив лицевой стороны источника звука, выполнена со сквозным проемом, закрываемым съемной накладкой с отверстием для входной трубы глушителя, а расстояние от стенки камеры, выполненной со сквозным проемом, до перегородки выбирается из неравенства

,

где – расстояние, м;

С₀ – скорость звука в воздухе, м/с;

N – максимальное число оборотов коленчатого вала двигателя в минуту;

Z – количество цилиндров в двигателе.

2. Устройство для испытаний глушителей шума выпуска двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающееся тем, что объем камеры, расположенный с тыльной стороны источника звука, полностью заполнен звукопоглощающим материалом.

3. Устройство для испытаний глушителей шума выпуска двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающееся тем, что измерительные микрофоны устанавливаются чувствительными головками в плоскостях среза входной и выходной труб глушителя.

РИСУНКИ